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Verdampfer

Es gibt in der Energietechnik verschiedene Arten von Verdampfern, die allesamt die Funktion haben, eine Flüssigkeit zu verdampfen, d. h. in den gasförmigen Zustand zu überführen. Häufig spielt hierbei die involvierte Verdampfungswärme eine wichtige Rolle, die in vielen Fällen über einen am oder im Verdampfer angebrachten Wärmeübertrager (Wärmetauscher) zugeführt wird. In manchen Fällen wird einem Verdampfer aktiv Wärme bei hoher Temperatur zugeführt, um die Verdampfung zu ermöglichen; in anderen Fällen erfolgt durch die Verdampfung eine Absenkung der Temperatur, infolgedessen der Verdampfer selbst einem relativ kühlen Medium Wärme entziehen kann.

Da ein Verdampfer in der Regel gleichzeitig eine Flüssigkeit und das zugehörige Gas enthält, gibt es einen relativ festen Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur im Verdampfer: Der Druck muss etwa dem Dampfdruck des Mediums bei der entsprechenden Temperatur entsprechen. Wäre der Druck niedriger, so müsste das Medium sehr stark sieden, wodurch der Druck schnell anstiege und die Temperatur absinken würde. Wäre der Druck dagegen höher, so müsste eine Kondensation stattfinden, die den Druck herabsetzt und die Temperatur erhöht. Etwas komplizierter werden die Verhältnisse allerdings bei Verwendung von Stoffgemischen.

Dadurch, dass ein Verdampfer teilweise mit Gas gefüllt ist, ist der Wärmeübergang leider nicht so gut, wie er bei einem völlig mit Flüssigkeit gefüllten Gerät sein könnte. Dies hat zur Folge, dass die Temperatur im Verdampfer deutlich niedriger liegen kann als die Temperatur des Mediums, mit dem Wärme zugeführt wird – vor allem wenn das Gerät mit einer hohen Leistungsdichte betrieben wird. Solche Temperaturverluste – nicht zu verwechseln mit Wärmeverlusten – sind häufig schädlich für die Energieeffizienz; sie beeinträchtigen beispielsweise die Leistungszahlen von Wärmepumpen.

Verdampfer einer Wärmepumpe

Bei einer Kompressionswärmepumpe wird die Verdampfung eines Kältemittels dadurch ausgelöst, dass mithilfe eines Kompressors (Verdichter) der Druck im Verdampfer abgesenkt wird; das Kältemittel fängt hierdurch an zu sieden. Aufgrund der verbrauchten Verdampfungswärme sinkt die Temperatur im Verdampfer ab. Hierdurch kann der Verdampfer über den daran angebrachten Wärmeübertrager Wärme von einem anderen Medium aufnehmen – beispielsweise von der mit einem Ventilator durch den Wärmeübertrager gepressten Außenluft oder von einer Sole (frostgeschützten Flüssigkeit), deren Temperatur später beispielsweise in einer Erdwärmesonde oder in einem Erdregister wieder um einige Grad Kelvin erhöht wird, bevor sie erneut dem Verdampfer zugeführt wird.

Bei Absorptionswärmepumpen funktioniert der Verdampfer genauso, nur dass die Absenkung des Drucks nicht über einen Kompressor erfolgt, sondern durch Absorption in einer Lösung, die später mithilfe von Wärme regeneriert wird.

Es gibt eine Vielzahl von Bauarten von Verdampfern in verschiedenen Arten von Wärmepumpen, die sich insbesondere in der Art des angebrachten Wärmeübertragers unterscheiden.

Verdampfer einer Kältemaschine

Die meisten technisch eingesetzten Kältemaschinen sind Kompressionskältemaschinen, die völlig analog zu Kompressionswärmepumpen funktionieren. Lediglich wird in diesem Fall die am Verdampfer entstehende Kälte genutzt anstelle der (oder manchmal zusätzlich zu der) Wärme am Kondensator.

Beispielsweise befindet sich bei einem Split-Klimagerät der Verdampfer im Innengerät, und an diesem wird die umgewälzte Raumluft abgekühlt. Dadurch, dass die Raumluft im Gerät z. B. um 10 oder 15 Kelvin abgekühlt wird, kann am Verdampfer der Taupunkt unterschritten werden, sodass eine teilweise Kondensation von Wasserdampf der Luft erfolgt; es entsteht also Kondenswasser, welches in der Regel durch einen Schlauch nach außen abgeführt wird. Es geschieht also gleichzeitig eine Verdampfung des Kältemittels im Inneren des Verdampfers und eine Kondensation von Wasserdampf auf der anderen Seite. Die Kondensation setzt latente Wärme frei, die einen gewissen Teil der Kälteleistung absorbieren kann; die Abkühlung der Luft wird also etwas schwächer, als dies ohne Kondensation der Fall wäre.

Auch für Kältemaschinen gibt es eine Vielzahl von Bauarten von Verdampfern.

Verdampfer an Heizkörpern

Gelegentlich werden einfache Verdampfer an Heizkörpern angebracht, die eingefülltes Wasser verdampfen sollen, um die Luftfeuchtigkeit im Raum zu erhöhen. Dies ist einerseits eine technisch einfache, kostengünstige und energiesparende Methode der Luftbefeuchtung, bringt aber andererseits das Risiko einer Verkeimung mit sich, insbesondere durch Befall mit Schimmelpilzen. Dem muss wegen der sonst drohenden gesundheitlichen Gefahren mit Bioziden entgegengewirkt werden.

Anders gebaute Luftbefeuchter enthalten einen Ventilator, der auch ohne die Wärme eines Heizkörpers eine ausreichend starke Verdampfung bewirkt. Die Temperatur des Wassers liegt dann sogar ein wenig unterhalb der Raumtemperatur, wodurch die Gefahr der Verkalkung deutlich reduziert ist. Biozide werden dann meistens nicht benötigt oder nur in schwächerer Form. Ähnliches gilt für Ultraschall-Verdampfer, die Wasser als sehr kleine Tröpfchen versprühen, die danach schnell verdampfen.

Erzeugung von Wasserdampf

Für verschiedenste Zwecke werden in der Industrie und in Wärmekraftwerken große Mengen von Wasserdampf eingesetzt, die in der Regel durch Verdampfung ursprünglich flüssigen Wassers gewonnen werden. Hierfür gibt es verschiedene Arten von Dampfkesseln genutzt, beispielsweise Flammrohrkessel und Wasserrohrkessel. Ein anderes Beispiel ist der Kesselverdampfer, in dem ein beheizbares Rohrbündel liegt. In der Umgebung des heißen Rohrbündels siedet das sich dort befindende Wasser. Die aufsteigenden Gasblasen sammeln sich im oberen Bereich, der als Abscheider für die mitgerissene Flüssigkeit dient. Solche Verdampfer sind auch für andere Medien als Wasser geeignet.

Häufig wird als Verdampfer der Teil eines Dampfkessels bezeichnet, an dem das Sieden des Wassers verursacht wird.

Verdampfer bei Ölbrennern

Wenn Heizöl mit einem Brenner verbrannt werden soll, muss es früher oder später verdampfen. Meistens erfolgt die Verdampfung in der Ölflamme. Es gibt jedoch auch besondere Arten von Verdampfungs-Ölbrennern. Dies ist jedoch meistens nicht so zu verstehen, dass im ersten Schritt eine vollständige Verdampfung erfolgt und erst danach die Verbrennung, weswegen auch nicht unbedingt ein separater Verdampfer vorliegt. Stattdessen kann beispielsweise zunächst eine Verbrennung mit Luftmangel erfolgen, um die Verdampfung zu erreichen, und danach die vollständige Verbrennung mit zusätzlicher Luftzufuhr. Auf diese Weise vermeidet man die Notwendigkeit der Bereitstellung zusätzlicher Wärme für die Verdampfung; die Verdampfungswärme wird einfach vom Brennstoff selbst erzeugt.

Siehe auch: Wärmepumpe, Kompressionswärmepumpe, Kältemaschine, Druck, Dampfkessel, Direktverdampfung und Direktkondensation, Wärmerohr, Verdampfungswärme und Kondensationswärme